EP1156282B1 - Backofen-Entlüftung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Entlüftung eines Backofens. Es ist bekannt, Backöfen mit Kühlventilatoren auszustatten, die einerseits empfindliche Komponenten, vor allem elektronische Steuerungen sowie Teile der Umgebung, vor Überhitzung schützen, und andererseits den Garraum von übermässigem Dampf befreien. Letzteres soll unter anderem verhindern, dass zu viel Feuchtigkeit in die Isolation des Garraumes eindringt oder sich auf den Heizkörpern, und vor allem auf dem Sichtfenster, niederschlägt. Ausserdem soll eine zu hohe Dampfkonzentration im Garraum, sowie der Austritt von Dampf an unerwünschten Stellen desselben verhindert werden. Wegen der äusserst unterschiedlichen Dampfentwicklung von verschiedenem Backgut bei vergleichbaren Temperaturen, sowie wegen der stark vom momentanen Zustand insbesondere der Backofenwand abhängigen Kondensation von Dampf an kühleren Flächen, ist die bisher verwendete Steuerung des Kühlventilators auf Grund der Heizleistung des Ofens oder seiner Innentemperatur unbefriedigend.

Wenn die Leistung einer solchen Steuerung für extrem feuchtes Backgut, wie etwa Frucht-Wähen, ausreichen soll, muss sie so reguliert werden, dass sie bei normalem Back- und Mikrowellenbetrieb unnötig stark belüftet. Ebenso wird bei der pyrolytischen Selbstreinigung in der Fortheizphase und zu Beginn aller am Anfang wenig Dampf erzeugenden Betriebsarten zu stark entlüftet und dadurch Energie vergeudet. Es ist durch die US Patentschrift 4,569,658 bekannt, Tunnel-Backöfen mit einer nach aussen führenden Überdruckleitung und mit einem druckgesteuerten Ventilator zu versehen, um die Entlüftung des Ofens in Abhängigkeit des an gewissen Stellen desselben herrschenden Druckes zu regeln. Diese für IndustrieAnlagen geschaffene Lösung verlangt jedoch eine relativ grosse Anzahl Bestandteile und ist wegen ihrer Trägheit für kleine Anlagen, wie etwa Haushalt-Backöfen, weniger geeignet. Hier soll die Erfindung auf wirtschaftliche Weise Abhilfe schaffen. Zu diesem Zweck ist sie wie in den Ansprüchen beschrieben, definiert. Dies ermöglicht eine vorteilhaft schnell reagierende und kostengünstige Regelung, welche zudem weitgehend unabhängig von äusseren Faktoren wie den Gegendruck beim Ventilator, der Dichtheit der Backofentüre und dergleichen arbeitet.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen stark schematisierten Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 ein Zeit-Diagramm der VentilatorDrehzahl in Funktion der gemessenen Temperatur.

Es zeigt die Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Backofen. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet dessen äussere Verschalung und 2 die Isolation des Garraumes. Im oberen Teil führt ein schräg angebrachtes Rohr 3 mit einem inneren Durchmesser von einigen mm durch die Isolation 2 nach aussen. Die Neigung des Rohres sorgt dafür, dass im Rohr kondensierender Dampf in den Backraum zurückgeführt wird und dort verdampft. In dem zwischen der äusseren Verschalung 1 und der isolierenden Wandung 2 bestehenden Zwischenraum 10 ist ein Ventilator 4 angeordnet, der einen Luftstrom in Richtung einer in der Verschalung angebrachten Austrittsöffnung B erzeugt. Der Luftstrom streicht an einer in der Wandung 2 ausgesparten Entlüftungsöffnung A vorbei, deren Querschnitt vorzugsweise wesentlich grösser als derjenige des Rohres 3 ist, und reisst, wie durch den Pfeil F angedeutet, durch diese Öffnung Luft aus dem Garraum mit. In der gezeigten Ausführungsform dient der Ventilator 4 auch der Entlüftung des Zwischenraumes 10, der zu diesem Zweck eine oder mehrere Einlassöffnungen, wie etwa die mit C bezeichnete, aufweist. Um die Entlüftungen von Garraum und Zwischenraum dennoch getrennt zu regeln, kann die Entlüftungsöffnung A beispielsweise mit einem (nicht gezeigten) steuerbaren Schieber versehen sein. Eine getrennte Regelung des Luftzuges aus dem Garraum und desjenigen aus dem Zwischenraum kann aber auch durch die Verwendung von zwei einzeln regelbaren Ventilatoren erreicht werden, von denen der für den Garraum vorgesehene (in nicht gezeigter Weise) mit Vorteil so angebracht ist, dass er Luft direkt durch die Entlüftungsöffnung A fördert.

Der Ventilator 4 wird von einem Motor 5 angetrieben, welcher über eine Leitung 6 von einer ausserhalb des Garraumes angebrachten, elektronischen VentilatorSteuerung 7 gesteuert wird. Zwei Fühler 8 und 9 versorgen die Steuerung 7 mit Signalen, welche bestimmte, an zwei verschiedenen Orten gemessene Umgebungsparameter darstellen.

Der Fühler 9 misst die Temperatur in unmittelbarer Nähe einer elektronischen Schaltung 11, welche wesentliche Funktionen des Ofens steuert, und dient dazu, der Steuerung 7 rechtzeitig vor einer drohenden Überhitzung der Schaltung 11 ein Alarmsignal zukommen zu lassen, um die Ventilation zu forcieren. Da nicht erfindungswesentlich, soll diese an sich bekannte Funktion hier nicht weiter beschrieben werden. Wie weiter oben erwähnt, können die Entlüftungen von Garraum und Zwischenraum unter Verwendung eines einzigen Ventilators getrennt geregelt werden, entweder durch passende Dimensionierung der Zu- und Abführöffnungen, oder durch Anbringen von (nicht gezeigten) regelbaren Schiebern an einer oder mehrerer dieser Öffnungen. Andererseits können zu diesem Zweck auch zwei (nicht gezeigte) einzeln gesteuerte Ventilatore verwendet werden, deren Funktionsweise gekoppelt sein kann, beispielsweise um beide auch dann mit maximaler Drehzahl zu betreiben, wenn in nur einem der beiden zu überwachenden Räume ein Zustandsparameter einen Alarmwert übersteigt.

Solche kombinierten Steuerungen sind dem Fachmann bekannt, und es werden daher im Folgenden nur die durch den Zustand im Garraum hervorgerufenen Vorgänge näher betrachtet.

Wenn im Garraum Dampf aus dem Gargut tritt, und der im Garraum bestehende Überdruck gegenüber dem Aussenraum einen gewissen Wert übersteigt, weil keine oder zuwenig Luft durch die Entlüftungsöffnung A abgesaugt wird, dann tritt Dampf aus dem Rohr 3 aus.

Der in der Nähe der äusseren Mündung des Rohres 3 angebrachte Fühler 8 misst mindestens einen physikalischen Parameter der aus dem Rohr austretenden, dampfenthaltenden Abluft. Dieser Parameter kann vorzugsweise die Temperatur sein, aber auch der Dampfdruck, die Leitfähigkeit oder die Feuchtigkeit der Abluft, wobei sich die Wahl zum Teil nach der Verfügbarkeit und der Wirtschaftlichkeit entsprechender Messfühler richtet.

In allen Fällen zeigt ein Austritt von Gas aus dem verhältnismässig engen Rohr 3 ein gewisses, durch die Anwesenheit von Dampf im Garraum erzeugtes Druckgefälle zwischen Garraum und Aussenraum an. Der im Garraum entstehende Überdruck entsteht in erster Linie nicht durch die Erwärmung der Luft im Garraum, sondern durch die Anwesenheit von aus den erhitzten Speisen entweichenden Dampf. Es ist daher möglich, den Überdruck indirekt, durch die Messung verschiedener Eigenschaften dieses Dampfes, entweder im Garraum oder am Ausgang des Rohres 3, zu bestimmen. Letzteres bietet den Vorteil, dass wegen des Strömungswiderstandes des Rohres 3 Dampf erst von einem gewissen Druckgefälle an in deutlichen Mengen aus dem Rohr austritt, so dass die austretenden Gasmengen für sich allein schon ein auswertbares Indiz für das existierende Gefälle darstellen. Deshalb bezieht sich die hier beschriebene Ausführungsform der Erfindung auf eine Anordnung, bei der nur die Temperatur des austretenden Dampfes gemessen wird. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Ausführungsform, da etliche andere, in oder ausserhalb des Garraumes gemessene Parameter für eine indirekte Bestimmung des Überdruckes im Garraum herangezogen werden können, wie etwa die Feuchtigkeit, die Leitfähigkeit, oder die Anwesenheit organischer Moleküle etc. im Garraum oder an einem Ausgang desselben, oder beispielsweise auch die Strömungsgeschwindigkeit des Gases nahe an diesem Ausgang. Der Klarheit halber wird jedoch im Folgenden nur die Verwendung eines Temperaturfühlers nahe am Ausgang des Rohres 3 beschrieben; diese bevorzugte Ausführungsform soll aber die Erfindung in keiner Weise einschränken.

Grundsätzlich arbeiten der Temperaturfühler 8 und die Ventilatorsteuerung 7 so zusammen, dass hohe Temperaturen am Orte des Fühlers 8 eine erhöhte Drehzahl des Ventilators 4 bewirken und umgekehrt.

Darüber hinaus ist die Steuerung 7 aus Sicherheitsgründen in der Regel eingerichtet, um den Ventilator 4 mit der grösseren der durch die an den Fühlern 8 und 9 gemessenen Temperaturen verlangten Drehzahlen laufen zu lassen. Diese an sich bekannte Sicherheitsmassnahme soll hier nicht weiter behandelt werden, sondern es soll nur anhand der Fig. 2 eine bevorzugte Steuerung des Ventilators 4 durch den Fühler 8 beschrieben werden, ohne auf eine eventuelle Einflussnahme des Fühlers 9 auf diese Steuerung einzugehen.

Im Diagramm der Fig. 2 ist die Zeit t horizontal, längs der x-Achse aufgetragen, und es sind vertikal die durch den Fühler 8 gemessene Temperatur T (durchgezogene Kurve) respektive die momentane Drehzahl N des Ventilators 4 (gestrichelte Kurve) aufgetragen. In der Steuerung 7 sind ein unterer Schwellwert R und ein oberer Schwellwert S der abgetasteten Temperatur festgelegt, die beide beispielsweise zwischen 40° und 70°C liegen können. Der Verlauf der gestrichelten Drehzahlkurve wird folgendermassen durch den Temperaturverlauf (voll ausgezogene Kurve) bestimmt. Zu Beginn ist die Drehzahl null, und die Temperatur T gleich der Raumtemperatur (Zeitpunkt A). Sobald infolge Dampfaustritt aus dem Garraum durch das Rohr 3 die Temperatur T den oberen Schwellwert S übersteigt (Zeitpunkt B) läuft der Ventilator an und schaltet sukzessive hoch, solange T> S. Demzufolge sinkt die Temperatur und unterschreitet beim Zeitpunkt C den oberen Schwellwert S wieder, worauf die Drehzahl bis zum Zeitpunkt D konstant bleibt, in welchem S nochmals kurz überschritten wird, was wiederum eine Erhöhung der Drehzahl auslöst. Daraufhin sinkt die Temperatur erneut und unterschreitet im Zeitpunkt E den unteren Schwellwert R. Nach einer Verzögerungszeit Δt bewirkt dies (vom Zeitpunkt F an) ein stufenweises Herabsetzen der Drehzahl, bis die Temperatur den unteren Schwellwert R wieder überschreitet (Zeitpunkt G). Danach wird die Drehzahl bis zu einem neuerlichen Über- oder Unterschreiten eines der beiden Schwellwerte (Zeitpunkt H) konstant gehalten. Falls z.B. das Backgut keine Feuchtigkeit mehr abgibt, und daher kein Dampf mehr durch das Rohr 3 austritt, wird die Temperatur am Sensor länger unter dem unteren Schwellwert R bleiben (ab Zeitpunkt I); dann wird die Drehzahl nach der Verzögerungszeit Δt vom Zeitpunkt J an stufenweise bis zu einer vorbestimmten minimalen Drehzahl oder bis zum Stillstand des Ventilators herabgesetzt. Zur Verbesserung der Regelung kann es vorteilhaft sein den zeitlichen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Schaltstufen progressiv zu verkürzen, solange die Temperatur entweder über dem oberen Schwellwert S oder unterhalb des unteren Schwellwertes R liegt.

Anstatt die Drehzahl des Ventilators 4 zu regeln, ist es auch möglich, den freien Querschnitt der Entlüftungsöffnung A durch einen steuerbaren Schieber zu regeln, oder beide Mittel zu kombinieren, so dass der Abzug aus dem Garraum 12 und derjenige aus dem Zwischenraum 10 getrennt regelbar sind. Falls eine getrennte Regelung den Vorrang hat, können auch für den Garraum und den Zwischenraum zwei separate Ventilatore vorgesehen sein.

Claims (6)

1. Backofen mit einer Vorrichtung (7), welche die Entlüftung des Ofens in Abhängigkeit der mit dem Druckgefälle zwischen dem Inneren des Ofens (12) und seiner Umgebung variierenden Temperatur einer Gasströmung regelt, und mit einer Entlüftungsöffnung (A), einer nach außen führenden Uberdruckleitung (3), und einem Entlüftungsventilator (4), um den Ofen über die Entlüftungsöffnung zu entlüften, wobei besagte Vorrichtung (7) den Ventilator (4) aufgrund von durch einen am Ausgang der Überdruckleitung angebrachten Temperatursensor (8) gemessenen Werten steuert.
2. Backofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Entlüftungsöffnung (A) mindestens das Zehnfache des Querschnittes der Überdruckleitung (3) beträgt.
3. Backofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Überdruckleitung (3) kleiner als 1 cm² ist, und dass ihre Länge mindestens das Dreifache der grössten Dimension ihres Querschnittes beträgt.
4. Verfahren zur Entlüftung eines Backofens nach einem der Ansprüche 1-3, wobei ein unterer (R) und ein oberer Schwellwert (S) des gemessenen Temperatur-Wertes vorbestimmt werden; die Stärke der Entlüftung beim Überschreiten des oberen Schwellwertes um einen bestimmten Betrag vergrössert, und anschliessend bis zum Erreichen eines Maximalwertes weiter erhöht wird, solange die gemessene Grösse den oberen Schwellwert (S) übertrifft; die Stärke der Entlüftung nachdem der untere Schwellwert (R) unterschritten und während einer gewissen Verzögerungszeit (Δt) nicht wieder überschritten wurde, um einen bestimmten Betrag vermindert, und anschliessend stufenweise bis zum Erreichen eines Minimalwertes weiter gesenkt wird, solange die gemessene Grösse unter dem unteren Schwellwert (S) bleibt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Erhöhungen der Entlüftungsstärke konstant und kleiner als derjenige zwischen aufeinanderfolgenden Reduktionen der Entlüftungsstärke ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitabstände zwischen aufeinanderfolgenden Erhöhungen und/oder Reduktionen der Entlüftungsstärke nach einem Überschreiten des oberen (S), respektive einem Unterschreiten des unteren Schwellwertes (R) progressiv kürzer werden.

Images